(57)【要約】  記載される例において、レンズ構造システム（１０）が、レンズ構造（１２）、及びレンズ構造（１２）に結合されるマルチセグメント化されたトランスデューサ（１４）を含む。マルチセグメント化されたトランスデューサ（１４）は、複数のセグメントを含む。各セグメントに対し、それぞれの第１の導体（ＳＩＥ）及びそれぞれの第２の導体（ＳＯＥ）がセグメントに電気的に結合される、方法。
2019526960.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズ構造システムであって、
レンズ構造、
複数のセグメントを含む、前記レンズ構造に結合されるマルチセグメント化されたトランスデューサ、及び
前記セグメントの各々に対し、前記セグメントに電気的に結合されるそれぞれの第１の導体及びそれぞれの第２の導体、
を含む、レンズ構造システム。
【請求項２】
請求項１に記載のレンズ構造システムであって、更に、前記セグメントのうち選択されたセグメントに電圧を印加するための回路要素を含む、レンズ構造システム。
【請求項３】
請求項２に記載のレンズ構造システムであって、電圧を印加するための前記回路要素が、定常波信号を有する電圧を印加するための回路要素を含む、レンズ構造システム。
【請求項４】
請求項２に記載のレンズ構造システムであって、電圧を印加するための前記回路要素が、単一の時間に前記セグメントの全てに電圧を印加するための回路要素を含む、レンズ構造システム。
【請求項５】
請求項２に記載のレンズ構造システムであって、電圧を印加するための前記回路要素が、第１の時間に前記セグメントの第１のサブセットに電圧を印加するための回路要素、及び第２の時間に前記セグメントの第２のサブセットに電圧を印加するための回路要素を含む、レンズ構造システム。
【請求項６】
請求項１に記載のレンズ構造システムであって、更に、異なるそれぞれの時間に前記セグメントそれぞれの選択されたセグメントに電圧を印加するための回路要素を含む、レンズ構造システム。
【請求項７】
請求項６に記載のレンズ構造システムであって、電圧を印加するための前記回路要素が、前記異なるそれぞれの時間の各々で、前記レンズ構造に対して異なる振動応答を達成するために信号を印加するための回路要素を含む、レンズ構造システム。
【請求項８】
請求項７に記載のレンズ構造システムであって、各異なる振動応答がモード形状を含む、レンズ構造システム。
【請求項９】
請求項７に記載のレンズ構造システムであって、各異なる振動応答が、モード（０，１）形状及びモード（１，１）形状で構成されるセットからのモード形状を含む、レンズ構造システム。
【請求項１０】
請求項７に記載のレンズ構造システムであって、各異なる振動応答が、モード（０，１）形状、モード（１，１）形状、及びモード（２，１）形状で構成されるセットからのモード形状を含む、レンズ構造システム。
【請求項１１】
請求項１に記載のレンズ構造システムであって、前記レンズ構造がレンズカバーを含む、レンズ構造システム。
【請求項１２】
請求項１に記載のレンズ構造システムであって、前記レンズ構造がカメラレンズを含む、レンズ構造システム。
【請求項１３】
請求項１に記載のレンズ構造システムであって、前記セグメントが４つのセグメントを含む、レンズ構造システム。
【請求項１４】
請求項１に記載のレンズ構造システムであって、前記レンズ構造が円形のレンズ構造を含む、レンズ構造システム。
【請求項１５】
カメラアッセンブリであって、
カメラ、
前記カメラ近傍のレンズ構造、
前記レンズ構造に結合され、複数のセグメントを含む、マルチセグメント化されたトランスデューサ、及び
前記セグメントの各々に対する、前記セグメントに電気的に結合されるそれぞれの第１の導体及びそれぞれの第２の導体、
を含む、レンズ構造システム。
【請求項１６】
請求項１５に記載のカメラアッセンブリであって、前記レンズ構造が、レンズカバー及びカメラレンズを含むセットから選択される、レンズ構造システム。
【請求項１７】
レンズ構造からデブリを取り除く方法であって、前記方法が、
マルチセグメント化されたトランスデューサの選択されたセグメントに電圧を印加すること、及び
前記電圧に応答して、波を前記マルチセグメント化されたトランスデューサから前記レンズ構造に結合すること、
を含む、方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法であって、
前記マルチセグメント化されたトランスデューサが複数のセグメントを含み、
前記電圧を印加することが、単一の時間に前記電圧を前記セグメントの全てに印加することを含む、
方法。
【請求項１９】
請求項１７に記載の方法であって、
前記マルチセグメント化されたトランスデューサが複数のセグメントを含み、
前記電圧を印加することが、第１の時間に前記セグメントの第１のサブセットに前記電圧を印加すること、及び、第２の時間に前記セグメントの第２のサブセットに前記電圧を印加することを含む、
方法。
【請求項２０】
請求項１７に記載の方法であって、前記電圧を印加することが、異なるそれぞれの時間に前記電圧を前記セグメントのそれぞれの選択されたセグメントに印加することを含む、方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の方法であって、前記電圧を印加することが、前記異なるそれぞれの時間の各々で、前記レンズ構造に対する異なる振動応答を達成するために信号を印加することを含む、方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の方法であって、各異なる振動応答がモード形状を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、概して、レンズ関連装置からデブリ又は汚染物質が取り除かれるべき種々のシステムに関し、更に特定して言えば、超音波アーキテクチャ及び方法に関連する。
【背景技術】
【０００２】
本記載において、レンズ構造は、レンズ、レンズカバー、又はそれを介して信号（例えば、光）が通過し得るその他の表面、及び、装置を介して信号が成功裏に通過する可能性を低減し得る潜在的汚染物質にその装置が露出される個所を含む。一つの顕著な例として、オートモーティブ業界において、カメラが、運転支援システム（ＤＡＳ）及び自動安全システム両方において重要な役割を担っている。この技術は、通常、比較的高価な車両においてまず登場し、より安価な車両に広がってきている。実際、米国運輸省道路交通安全局（ＮＨＴＳＡ）は、２０１８年までに全ての新車が後方カメラを必ず装備することを義務付けている。また、カメラは、現在、車線変更に関して運転手を支援するためにサイドミラーに組み込まれており、現在、車両サイドミラーを側面カメラで置き換えることが可能であるかが少なくとも一つの自動車製造業者により検討されている。運転手の死角を緩和することに加えて、前面ガラスに組み込まれる前方カメラは、前方衝突警告（ＦＣＷ）、追随距離表示（ＦＤＩ）、及び車線逸脱警告（ＬＤＷ）を提供する。
【０００３】
上述の及びその他の文脈において、また、付加的なレンズ構造に向かうトレンドが増大するか又は一層普及してくるにつれて、レンズ構造（例えば、レンズ及びレンズカバー）に汚染物質がないように保つことは、より一層主要な要求になってきており、特に、安全関連の応用例において重要である。変換アプローチにおいて、幾つかの製造業者は、小型スプレー及びワイパーシステムを検討している。しかし、この設計は、（ａ）小さなポンプ及びノズル、（ｂ）動力付きワイパーアッセンブリ、及び（ｃ）流体タンクからノズルの位置までホースを通すことを必要とし、これは、流体タンクが典型的に配置される車両の前方から、少なくとも、車両後方に典型的に位置する後方カメラのために、車両の後部までの経路を必要とし得る。その結果、この設計は機械的に複雑であり、潜在的に高価となる。
【発明の概要】
【０００４】
記載される例において、レンズ構造システムが、レンズ構造、及びレンズ構造に結合されるマルチセグメント化されたトランスデューサを含む。マルチセグメント化されたトランスデューサは、複数セグメントを含む。セグメントの各々に対し、それぞれの第１の導体及びそれぞれの第２の導体が、セグメントに電気的に結合される。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１Ａ】好ましい実施例システムの斜視分解図を図示する。
【０００６】
【図１Ｂ】図１Ａの超音波トランスデューサの上面図を図示する。
【０００７】
【図１Ｃ】超音波トランスデューサの上側環状表面の頂上に取り付けられるレンズカバーを図示する。
【０００８】
【図２Ａ】薄膜ＭＥＭの斜視図、及び第１のモード（０，１）形状のそのモード形状図を図示する。
【図３Ａ】薄膜ＭＥＭの斜視図、及び第１のモード（０，１）形状のそのモード形状図を図示する。
【０００９】
【図２Ｂ】薄膜ＭＥＭの側面図、及び第１のモード（０，１）形状のそのモード形状図を図示する。
【図３Ｂ】薄膜ＭＥＭの側面図、及び第１のモード（０，１）形状のそのモード形状図を図示する。
【００１０】
【図４Ａ】薄膜ＭＥＭの斜視図、及び第２のモード（０，２）形状のそのモード形状図を図示する。
【図５Ａ】薄膜ＭＥＭの斜視図、及び第２のモード（０，２）形状のそのモード形状図を図示する。
【００１１】
【図４Ｂ】薄膜ＭＥＭの側面図、及び第２のモード（０，２）形状のそのモード形状図を図示する。
【図５Ｂ】薄膜ＭＥＭの側面図、及び第２のモード（０，２）形状のそのモード形状図を図示する。
【００１２】
【図６】好ましい実施例トランスデューサ、及びそれに接続されるバイアス導体を図示する。
【００１３】
【図７Ａ】モード（１，１）形状の第１の振動（oscillatory）サイクルを斜視図で図示する。
【図７Ｂ】モード（１，１）形状の第１の振動サイクルを水平図で図示する。
【００１４】
【図８Ａ】モード（１，１）形状の第２の振動サイクルを斜視図で図示する。
【図８Ｂ】モード（１，１）形状の第２の振動サイクルを水平図で図示する。
【００１５】
【図９】図７Ａ及び図７Ｂにおいて達成されるような、ラインＤＬ１の周りの、２つの個別の発振領域ＯＲ１及びＯＲ２の上面図を図示する。
【００１６】
【図１０】図７Ａ及び図７Ｂに関連して達成されるような、９０度回転され、代替のバイアスを備える、ラインＤＬ２の周りの２つの個別の発振領域ＯＲ３及びＯＲ４の上面図を図示する。
【００１７】
【図１１】図１のシステムを動作させる好ましい実施例方法を図示する。
【００１８】
【図１２】３つの個別のモード形状、即ち、（０，１）、その後の、第１の節点線（nodal line）（例えば、図９）に関連する（１，１）、その後の、第２の節点線（例えば、図１０）に関連するモード（１，１）、のための好ましい実施例レンズカバーの範囲マップを図示する。
【００１９】
【図１３】モード（２，１）形状の上面図表示を図示する。
【００２０】
【図１４】図１２のモード形状、及びその後続く、付加的なモード（２，１）形状のための好ましい実施例のレンズカバーの範囲マップを図示する。
【００２１】
【図１５】好ましい実施例に従ったセグメント化されたトランスデューサの導体を駆動するために用いられ得るドライバアーキテクチャの電気的ブロック図を図示する。
【００２２】
【図１６】図１のシステムの複数の実装を備える好ましい実施例車両Ｖを図示する。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１Ａ〜図１Ｃは、好ましい実施例に従ったレンズ構造クリーニングシステム１０の種々の図を図示する。例えば、図１Ａはシステム１０を斜視分解図で図示し、それにより、超音波トランスデューサ１４に結合されるべき、つまり、超音波トランスデューサ１４からの振動が、直接的に又は任意の介在装置を介して間接的に、レンズカバー１２に伝達され得るように、超音波トランスデューサ１４の何らかの方式で（例えば、直接的に又は付加的な部材を介して間接的に、上側環状表面頂上に）取り付けられるべきレンズカバー１２を別々に図示する。図１Ｂは、超音波トランスデューサ１４のみの上面図を図示する。図１Ｃは、選択され得る種々の接着剤を介して達成され得るように、超音波トランスデューサ１４の上側環状表面の頂上に取り付けられた後のレンズカバー１２を図示する。システム１０の種々の態様を、これらの図面の３つ全てを参照してこれ以降に更に説明する。
【００２４】
レンズカバー１２は、任意のタイプの従来のレンズ構造を表す。システム１０の例において、レンズカバー１２は、透明な中央部１２ＳＣ（他の部分との区別のため濃淡陰影をつけて示される）、及び透明な中央部１２ＳＣを囲む外側環状リング１２ＡＲを備えるディスクである。概して、可視スペクトルにおける光は、透明な中央部１２ＳＣを介して容易に通過し得、そうでない場合は、外側環状リング１２ＡＲによりブロックされる。このようにして、及び図示していないが、カメラ、及びそのそれぞれのレンズが、レンズカバー１２に近接して置かれ得、そのため、概して、光がカメラレンズに達するように透明な中央部１２ＳＣを介して通過し得るが、そうでない場合、レンズはレンズカバー１２によって提供される付加的な表面により保護される。多くの環境において、透明な中央部１２ＳＣは、付加的な汚染物質（例えば、汚れ、水、他の空中の要素）の存在により遮蔽されて、光が部分的に又は完全に中央部１２ＳＣを介して通過しなくなり得、好ましい実施例は、レンズカバー１２の表面からこのような物質を低減又はなくそうと努める。
【００２５】
好ましい実施例において、トランスデューサ１４が、円筒状圧電性材料の断面から形成され、これは、好ましくは、レンズカバー１２の外径より小さな外径を有する。例えば、トランスデューサ１４の外径は１０〜３０ｍｍであり得、一層大きなレンズカバー１２の外径は１２〜３５ｍｍであり得る。そのため、アセンブルされた後（例えば、図１Ｃ）、レンズカバー１２の外周は、トランスデューサ１４の外径をいくらかのマージン超えて延在する。これ以降に記載されるように、このような構成は、トランスデューサ１４からレンズカバー１２に送られる定常波の効率を改善し得、それにより、そのレンズカバーの表面から汚染物質を消散する能力を改善する。トランスデューサ１４は、複数の円形セクターを有することによって画定されるようなセグメント化されたトランスデューサであり、複数の円形セクターの各々が、電圧をセクターに印加するために一対の導体を有する。図示する例において、トランスデューサ１４は、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、及びＳ４として図１Ｂに示す、４つのこのようなセグメント（又はセクター）を有し、各々が、トランスデューサの全３６０度の円形断面外周のうちの約９０度で構成される。各セグメントＳｘは、シルクスクリーニングか又はその他の方式で薄い導電性材料を圧電性材料のそれぞれの外径及び内径に取り付けることによって達成され得るような、外側電極ＳＯＥｘ及び内側電極ＳＩＥｘを有する。後に図６に示すように、電気的コネクタ／配線が例示の電極の各々に接続され得、それにより、これ以降に更に記載される種々の好ましい実施例態様を達成するように、信号を、印加させ、振幅、符号、及び周波数において交番させる。
【００２６】
上述した好ましい実施例装置を考慮して、トランスデューサ１４は、接するレンズカバー１２内に振動力を伝達するように、種々の信号で励起され得る。このような波は３つの異なる振動モードで伝達され得る。３つの異なる振動モードは、低周波数（例えば、４４ｋＨｚ）での、トランスデューサ１４の円形の断面の半径に沿う放射状モード、相対的に中間の周波数（例えば、２５０ｋＨｚ）での、円筒状トランスデューサの軸の（即ち、図１Ａ〜図１Ｃにおいて垂直の）方向である軸状モード、及び、一層高い周波数（例えば、２ＭＨｚ）のウォールモードであり、これらは、トランスデューサ１４の外壁に対して壁の厚みの放射状の動きを表すモードである。好ましい一実施例において、軸状モード振動が好ましい。というのも、それらがレンズカバー１２の表面から接線方向にあるため振動を起こしがちであり、それにより、その表面から或る汚染物質（例えば、汚れ、水）を取り除く一層大きな確度を提供するためである。種々のモードタイプの周波数レンジが重なり得る。例えば、高次放射状モード種は数が軸状モードの周波数と重なり得、高次軸状モードの周波数がウォールモードの周波数と重なり得る。しかし、実際には、モード次数が増大するにつれてモードダンピングも増大するので、これは、通常、問題にならない。
【００２７】
上記の例に加えて、好ましい実施例においても、接するレンズカバー１２の所望なように選ばれた円形薄膜形状内に定常波を伝達するように、振動力が励起振幅及び周波数で印加される。物理的性質の或る領域において、或る媒体を介して相対する方向に同じ周波数の２つの波が伝搬するとき、定常波は、その媒体内でつくられる定常振動パターンである。その結果、最小変位の領域（例えば、波節（nodes））及び最大変位の領域（例えば、波腹（anti-nodes））が、媒体における固定ロケーションにおいてつくられる。その結果、波は媒体（即ち、今回はレンズカバー１２）に沿って変位を起こすが、波干渉が起こる物理的ロケーションでは、動きは少ししか起こらないか又は全く起こらない。従って、定常波がこのように伝達される好ましい実施例において存在するような円形薄膜において、振動傾向、及び振動されている表面の動きの、幾つかのモード形状が存在する。各モード形状は、モード（ｄ，ｃ）形状の変換により識別され、ここで、ｄは、薄膜表面にわたる節点直径の数であり、ｃは、円形薄膜の周囲における又は周囲内の節点円の数であり、ここで、節点（又は波節）という用語とは、ゼロ振幅振動を有する、つまり、それ自体が動かず構造の残りが振動している構造上の、点、線、又は円を指す。モード形状の種々の例がこれ以降に記載される。
【００２８】
モード形状及び種々の好ましい実施例態様を更に紹介するため、図２Ａ及び図３Ａは、好ましい実施例の多数のセグメント化されたトランスデューサ１４に、あたかもそれが単一のセグメント化されたトランスデューサであるように、電圧を印加することによって達成され得る、薄膜ＭＥＭ、及び第１のモード（０，１）形状のそのモード形状図の斜視図を図示し、図２Ｂ及び図３Ｂは、その側面図を図示する。従って、このような効果は、第１の正弦波電位をその外側電極の全てに、及び、第１の正弦波から１８０度オフセットされる第２の正弦波電位（正弦波に対応する余弦によっても達成され得る）をその内側電極の全てに印加することにより達成され得、ここで、正弦波はいずれも、同じ第１のモード周波数を有する。代替として、この効果は、正弦波電位を外側電極の全てに印加する一方で、内側電極を接地に（又はその逆に接続する、つまり、外側電極を接地し、同じ正弦波を全ての内側電極に接続すること）によって達成され得る。モード周波数は、検討されているシステム（即ち、ここではレンズカバー１２）のための共振周波数の一つであり、システムの複数の共振周波数の中でもその特定の共振周波数が、それぞれのモードの形状を生じさせる。従って、図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ、及び図３Ｂは、トランスデューサ１４が、電圧及び第１のモード周波数ｆｍ（０，１）を受け取る例を表し、これにより、これ以降に更に記載されるように、「カッピング（cupping）」モードとしても知られるモード（０，１）形状がつくられる。
【００２９】
図２Ａ及び図３Ａの表現は、概して、中心点と外周との間の同心円によって示されるような斜視円形形状の表現である。放射状の線も示されており、この形状が平坦である場合、このような線はまっすぐとなる。しかしながら、湾曲した放射状の線はその線に沿った動きを示唆する。従って、図２Ａは、薄膜ＭＥＭの振動性の動きの第１の極値（extreme）を図示し、ここで、表面が、この形状の中心において（明るいグレーの陰影によっても示される）ピーク高さを有して上方に（例えば、参照のため、正の方向に）曲がる。この上方の湾曲は、図２Ｂの対応する側面図にも示され、図２Ｂは、モード表面を、破線により示されている水平又は平坦な基準線ＲＬと対照させて示す。反対の形式で、図３Ａは、薄膜ＭＥＭの動き振動性の第２の極値を図示し、ここで、表面が、この場合もこの形状の中心において（濃いグレーの陰影によっても示される）ピーク高さを有して下方に（例えば、参照のため、負の方向に）曲がる。この下方の湾曲は、図３Ｂの対応する側面図にも示される。
【００３０】
図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ、及び図３Ｂを考慮して、モード（０，１）の基準は、ゼロ（即ち、ｄ＝０）節点直径及び単一（即ち、ｃ＝１）節点円を示し、前者がＤ１として示される。節点円のロケーションは、薄膜の境界における条件に依存し得、これらの例示では、境界が必要とされると仮定しているが、境界が必要とされない場合、節点円の放射状のロケーションは変化し得る。従って、薄膜ＭＥＭは図面において示される極値位置間で振動するので、外周の周りの単一の円は振動しない。従って、直径Ｄ１を有する節点円内の振動は、薄膜ＭＥＭの表面上にある汚染物質を取り除く際に何らかの効力を有し得るが、直径Ｄ１を有する節点円における（又はその近く）にある任意の物体が、取り除かれるべく充分に高い加速度を受けない可能性がある。更に、高振動ゾーンにおける材料がこれらの節点円に押し込まれ得る。また、特異（singular）モード（０，１）では、望ましい量の軸状加速度に達し得る薄膜ＭＥＭ上のエリアが制限され、それにより、汚染物質を消散する薄膜の能力が制限される。
【００３１】
また、例えば、図４Ａ及び図５Ａは、好ましい実施例の多数のセグメント化されたトランスデューサ１４に、この場合もあたかもそれが単一のセグメント化されたトランスデューサであるように、電圧を印加することによって達成され得る、薄膜ＭＥＭ、及び第２のモード（０，２）形状のそのモード形状図の斜視図を図示し、図４Ｂ及び図５Ｂは側面図を図示する。これは、この場合もそれぞれの１８０度位相がずれた正弦波をその外側電極の全てに及びその内側電極の全てに、ただし、ここでは第２のモード周波数ｆｍ（０，２）で、印加することによりなされ、これは、これ以降に更に記載されるように、モード（０，２）形状をつくる。
【００３２】
図４Ａ及び図５Ａの表現もまた、同心円及び放射状の線で示されるような斜視円形形状の表示であり、図４Ａは、発振の第１の極値を図示し、図５Ａは、発振の第２の及び反対の極値を図示する。図４Ａに示す第１の極値において、及び図４Ｂの対応する水平プロットにおいて、薄膜ＭＥＭは、形状の中心において上方に延在するピーク正振幅を有し、同時に、薄膜ＭＥＭは、直径Ｄ２を有する節点円より大きい半径を超えて、基準ラインＲＬより下方にも延在する。反対の形式で、図５Ａ及び図５Ｂに示される第２の極値において、薄膜ＭＥＭは、形状の中心において下方に延在するピーク負振幅を有し、同時に薄膜ＭＥＭは、直径Ｄ２を有する節点円より大きい半径を超えて、基準ラインＲＬより上方にも延在する。そのため、（０，２）基準で示すように、これらの図面のモード形状は、ゼロ（即ち、ｄ＝０）節点直径及び２つの（即ち、ｃ＝２）節点円を有し、外周における一方の節点円が直径Ｄ１を有して示され、他方の節点円が上述したように直径Ｄ２を有し、ここで、薄膜ＭＥＭの表面は、第１の方向に湾曲されるＤ２より小さい直径を有し、薄膜ＭＥＭの表面は、第１の方向とは反対の第２の方向に湾曲されるＤ２より大きい直径を有する。また、このようなアプローチは、薄膜ＭＥＭの表面上にある汚染物質を取り除く際に何らかの効力を有し得るが、汚染物質は、直径Ｄ１及びＤ２を有する両方の節点円において残りがちとなり得、モード（０，２）形状の単独適用が、薄膜ＭＥＭのエリアのほとんどにわたり制限された加速度を有し得る。
【００３３】
従って、単一のセグメント化されたトランスデューサとして機能するように複数セグメントに同時に電圧を印加することにより動作される場合、トランスデューサ１４により達成される或るモードが、軸対称モード形状となる。例えば、（０，１）形状は、その周囲において直径Ｄ１を有する単一外側節点円を有し、その周囲内部では、湾曲は、外側節点円内部で半径を有する類似の同心円で示されるように円形対称である。別の例として、（０，２）形状も、その周囲において外側節点円を有し、その内部では、薄膜の湾曲は、この場合も同様に湾曲する半径に沿うが、この場合は湾曲は、直径Ｄ２を有する内側同心円の節点円に関連して、相対する方向であり得る。しかし、湾曲のこのような対称性は、レンズカバー１２から或る汚染物質を消散しにくい可能性があり得、又は、節点ポイント又は円において汚染物質を堆積させがちであり得る。従って、好ましい実施例は、これ以降に更に記載されるように、これらの考慮に対して改善された結果を達成するようにオペレーションの付加的なモードを含む。
【００３４】
図６も、図１Ｂに示されるように同じ一般的な方式のトランスデューサ１２を図示するが、図６における例示は、参照のために回転されており、導体が、それぞれのセグメント外側電極ＳＯＥｘ及び内側電極ＳＩＥｘの対に接続されて示されている。また、電位が、導体の各対になったセット間で定義される。例えば、外側電極ＳＯＥ１及び内側電極ＳＩＥ１間の電圧はｖＳ１と定義される。また、（＋）及び（−）慣例は参照のため極性を、ただし、（これ以降に記載されるように）外側電極がその内側対応するに対して常に正であることを示唆しないように、定義する。従って、この慣例を更に図示するため、ｖＳ１に印加される＋１Ｖの電圧は、その１ボルトが、内側電極ＳＩＥ１に関連して外側電極ＳＯＥ１に対して正であることを示唆し、ｖＳ１に印加される−１Ｖの電圧は、その１ボルトが、内側電極ＳＩＥ１に関連して外側電極ＳＯＥ１に対して負であることを示唆する。
【００３５】
上記の本明細書の記載を考慮して、トランスデューサ１２の導体の全てのセットは、例えば上述したように、単一の時間に電圧を受信し得るが、導体サブセットは、好ましい一実施例において電圧も受信し得る。例えば、モード共振周波数ｆｍ（１，１）の正弦波が、一対の導体／電極に印加され得、同じ共振周波数ｆｍ（１，１）の１８０度反対の位相の正弦波が、導体／電極の相対する対に印加される。そのため、好ましい一実施例において、正弦波の第１の位相がｖＳ１に印加され、第１の位相から１８０度離れた、正弦波の第２の位相がｖＳ３に印加され、同時に、ｖＳ２又はｖＳ４に電圧は印加されない。この電圧印加で、図７Ａ及び図７Ｂの斜視及び水平図における第１の振動サイクル、及び図８Ａ及び図８Ｂの斜視及び水平図における第２の振動サイクルにおいて示すように、モード（１，１）形状が達成される。それらの図面に示すように、モード（１，１）形状において、この場合も薄膜ＭＥＭは、その外周の周りの節点円を有する。しかしながら、その線の左及び右で発振が生じるので、上述したように導体／電極の相対する対に印加される電圧（例えば、ｖＳ１及びｖＳ３）に起因して、一つの直径ラインＤＬ１は節点線を表す。そのため、後述の付加的な態様を更に図示するため、直径ラインＤＬ１の周りの代替の発振もまた、図９に示すように上面図によって表され得、図９は、概して、ラインＤＬ１の周りの２つの個別の発振領域ＯＲ１及びＯＲ２を図示する。
【００３６】
上述したモード（１，１）形状は、上述したモード（０，２）の対称的な節点円を含まず、そのため、トランスデューサ１４を介する振動するレンズカバー１２を用いたモード（１，１）形状を実装することによって利点が達成される。これは、このような実装が、上述した直径Ｄ２を有する内側節点円によって表される内側リングを有さないためである。従って、汚染物質の消散は、円形の残留物をより一層避けやすいように達成され得る。しかし、好ましい実施例の更なる態様において、代替の時間に、周波数ｆｍ（１，１）の同じ正弦波／オフ位相電圧が、信号ｖＳ２及びｖＳ４で導体／電極対に印加され、同時に、周波数ｆｍ（１，１）の信号ｖＳ１及びｖＳ３で及びこれら２つの信号に関して１８０度と位相が異なる正弦波の電圧のみを導体／電極対に印加する代わりに、ｖＳ１又はｖＳ３に電圧は印加されない。このようなアプローチの結果が図１０に図示され、ここでも単一の節点ラインＤＬ２の周りの２つの個別の発振領域ＯＲ３及びＯＲ４を備えてモード（１，１）形状が達成されるが、節点線及び発振領域は、図９に対して９０度回転されている。従って、図９の（領域ＯＲ１及びＯＲ２において）レンズカバー１２にかけられる振動及び加速度力は、図１０における領域ＯＲ３及びＯＲ４における場合とは異なるロケーションにある（即ち、９０度オフセットされている）。従って、好ましい一実施例において、これ以降に記載されるように、一つ以上の振動モードの利点を達成するように、これら二つの（又は他の）選択肢間で切り替えるように、スイッチングドライバアーキテクチャが実装される。
【００３７】
図１１は、オペレーティングシステム１０の好ましい実施例方法２０を図示する。例えば、方法２０は、有線接続され得るか又は適切な手法によりプログラムされ得るような、プロセッサ、コントローラ、又はその他の回路又はデバイスによって制御され得る。また、例えば、このような制御は、システム１０の導体／電極のうち選択されたもの（又は全て）にトランスデューサ電圧を印加するように、トランスデューサ１４からそれに印加される定常波を介して、レンズカバー１２においてつくられる異なるモード形状間で交番するように、方法２０を進める。従って、組み合わせで、定常波は、レンズカバー１２の表面を、そのカバーの面積の大半にわたり望ましく充分な量の加速度範囲を達成するように加速させる能力を増大させる。その結果、レンズカバーの加速された動きが、カバーの面積の大半に沿って任意の汚染物質の一部を消散する可能性を増大させる。付加的な詳細が続く。
【００３８】
方法２０は開始工程２２で始まり、開始工程は、レンズカバー１２から、トランスデューサ１４を介してそれを振動させることによって微粒子を取り除く試みを始めることが所望とされるとき、種々の装置又は事象によって開始され得る。例えば、ここで、レンズカバー１２は、上述したような及びこれ以降に更に記載されるようなオートモーティブ応用例の一部であり、開始工程２２は、自動車のオペレータによるなどユーザー始動であり得、或いは、システム起動時、又は時間経過後、又はセンサからの応答、又は何らかの物質（例えば、水）をレンズカバー１２の外部に接触させ得る雨など、何らかの他の事象の検出の際など、状況に応答して、プロセッサがこの工程を開始し得る。任意の事象において、工程２２が有効となった後、方法２０が始まり、その後、方法２０は、工程２２から工程２４に続く。
【００３９】
工程２４において、モードカウンタｍｄが１の値に初期化される。これ以降に記載されるように、モードカウンタｍｄが増分し、それにより、レンズカバー１２から汚染物質を取り除こうとするように、周期的に及び交番して、トランスデューサ１４により、レンズカバー１２上に形づくられるモードの総数ＴＬＭまで、カウントを提供する。次に、方法２０は、工程２４から工程２６に続く。
【００４０】
工程２６において、ＭＯＤＥ［ｍｄ］として示されるモードを達成するように、トランスデューサ１４の電極のうち選択的なもの又はその全てのセットに、それらの電極に接続されるそれぞれの導体を介して電圧が印加され、これは、カウンタｍｄによって提供されるインデックスに従うことを意味する。そのため、工程２６の第１の発生の場合、そのモードを達成するように、必要な電圧信号を電極の第１のセットに印加することによって第１のモード（即ち、ＭＯＤＥ［１］）がもたらされる。少なくとも一つの例において、第１のモードは、図２Ａ、図３Ａ、図２Ｂ、及び図３Ｂに関連して上述したモード（０，１）形状の適用である。このモードを達成するため、全ての外側電極ＳＯＥｘが第１の正弦波の電圧を受け取り、一方、全ての内側電極ＳＩＥｘが、第１の正弦波と同じサンプル振幅であるが、１８０度位相オフセットされた２つの波を有する、第２の正弦波の電圧を受け取る。また、両方の正弦波が、モード（０，１）形状を達成するために必要とされるシステム１０の共振周波数である周波数ｆｍ（０，１）で印加される。最後に、工程２６は、ＭＣサイクルとして示される数に対し、つまり、ＭＣ周期又はサイクルに等しい入力符号波の期間の間、導体／電極の選択されたセットに信号を印加する。ＭＣの値は種々の考慮により選択され得る。例えば、ＭＣは、事前プログラムされた値に基づき得、又はフィードバック信号（例えば、表面から排出される汚染物質質量として基線値に戻るモード共振周波数）に基づき得、又はカメラシステムからの情報（それから、充分にクリアな画像がレンズを介して得られるか否かについて判定が可能である）からのものであり得る。現在のＭＯＤＥ［ｍｄ］でのＭＣサイクルが達成された後、方法２０は、工程２６から工程２８に続く。
【００４１】
工程２８において、トランスデューサ１４により、モードカウンタｍｄが、レンズカバー１２上に形作られることが所望とされるモードの総数ＴＬＭに達したかを判定するため、状況が評価される。ｍｄがＴＬＭより小さい場合、方法２０は、工程２８から工程３０に進み、ｍｄがＴＬＭに等しい場合、方法２０は工程２８から工程３２に進む。工程３０において、モードカウンタｍｄが増分され、フローは工程２６に戻る。従って、工程２６の反復において、トランスデューサ１４の電極のうち選択されたものの又はその全ての付加的なセットが、ＭＯＤＥ［ｍｄ］として示される次のモードを達成するように電圧を受け取り、この場合、工程２６の第１の反復は、第２のモード、つまりＭＯＤＥ［２］であり得る。少なくとも一つの例において、第２のモードは、図７Ａ、図８Ａ、図７Ｂ、図８Ｂ、及び図９に関連して上述したモード（１，１）形状の適用である。このモードを達成するため、正弦波の第１の位相がｖＳ１に印加され、第１の位相から１８０度離れた、正弦波の第２の位相がｖＳ３に印加され、同時に、ｖＳ２又はｖＳ４に電圧が印加されず、両方の正弦波が周波数ｆｍ（１，１）で印加される。この場合も、工程２６は、ＭＣサイクルに対し導体／電極の選択されたセットにこれらの信号を印加し、その後、方法２０は工程２６から工程２８に続く。
【００４２】
工程２８は、それが、トランスデューサ１４により、モードカウンタｍｄの状況が、レンズカバー１２上に形づくられることが所望とされるモードの総数ＴＬＭに達したか否かを評価するので、上述されている。本願において説明されるシーケンス、工程２８からの電位ループが満たされていないこと、及び、それぞれの付加的なモードの適用に対して一回又は複数回、工程２６に戻ることを考慮して、ＴＬＭは、工程２６の各出現に対して印加されるべき各ＭＯＤＥ［ｍｄ］の対応する指示により任意の数に設定され得る。この例で続けると、工程２６の第１の発生がモード（０，１）形状を印加し、工程２６の第２の発生が図９に対してモード（１，１）形状を印加（即ち、ｖＳ１、及び１８０度離れたｖＳ３を印加）した後、ＴＬＭが３に設定される場合、図１０に対してモード（１，１）形状を印加する（即ち、ｖＳ２、及び１８０度離れたｖＳ４を印加する）ために工程２６の第３の発生が到達され得る。この場合、第３の発生の後、工程２８の状況が満たされ、方法２０は工程３２に続く。
【００４３】
工程３２において、工程２６の先行する発生によりサイクルの充分な期間が適用されたかを判定するために状況が評価される。この工程に関連して、工程２６の各出現が、工程２６出現毎の総ＭＣサイクルについて、定常波モード形状をレンズカバー１２に適用するためにトランスデューサ１４を励起する。従って、これらのＭＣサイクルの各々が、レンズカバー１２の表面から汚染物質を除こうとする。工程２６出現毎のサイクルの数、及び工程２６発生の数に応じて、工程２６の発生の反復が、レンズカバー１２の表面から汚染物質を除くための進行中の試みにおいて、全てのＴＬＭモードＭＯＤＥ［ｍｄ］にとって一つ又は複数の付加的な回数であることが望ましい可能性がある。そのため、工程３２の状況は、全てのモードＭＯＤＥ［ｍｄ］に対して、工程２６の発生を反復するべきかを評価するためのベースとして、期間（又は何らかの他の手段）を用い得る。このような反復が所望とされる場合、方法２０は工程３２から工程２４まで戻り、工程３２が満たされる場合、方法２０は工程３４で終了する。従って、方法２０は、工程３４で完了するが、その工程に対して上述したような行為の一つにより、工程２２に戻ることにより引き続き再開され得る。
【００４４】
ＴＬＭ＝３及び記載されるモードでの上記の本明細書の記載を考慮して、方法２０は、レンズカバー１２を異なる様式で振動させるように、各々ＭＣサイクルに対して、３つの異なるモードのシーケンスを適用する。更に、モード振動からの加速度が、下記数式１によって表され得る。
ａ（ｄ，ｃ）（ｒ，θ）＝ω（ｄ，ｃ）２ｚ（ｄ，ｃ）（ｒ，θ）      式１
ここで、ａ（ｄ，ｃ）は、モード（ｄ，ｃ）のための加速度であり、ω（ｄ，ｃ）は、モード（ｄ，ｃ）のための共振周波数であり、ｚ（ｄ，ｃ）（ｒ、θ）は、モード（ｄ，ｃ）のためのモード形状であり、これは、中心から半径ｒ及び基準角度に対する円周の周りの角度θ（即ち、極座標系における垂直の変位）の関数である。
【００４５】
従って、式１から、加速度は、部分的に、平方された周波数の関数である。また、複数の異なるモードの各々において、レンズカバー１２の一つのエリアが最大又はピーク加速度を達成し得、一方、レンズカバーの種々のその他のエリアが、そのピークの一層小さなパーセンテージを達成し得る。従って、汚染物質消散の最大確度を達成しようとする際、レンズカバー１２の一層大きなエリアにわたるピーク加速度の一層大きなパーセンテージが望ましい可能性がある。図１２はレンズカバー１２のカバーマップを図示し、ここで、領域ＲＮ１は、レンズカバー表面の加速度がそのピーク値の少なくとも７５％に達するエリアを表す。領域ＲＮ１は上述した例に対応し、この例では、（工程２６のそれぞれの出現により）適用されるＴＬＭ＝３及び３つの個別のモード形状がモード（０，１）であり、その後、第１の節点線（例えば、図９）に関連するモード（１，１）が続き、その後、第２の節点線（例えば、図１０）に関連するモード（１，１）が続き、第２の節点線は第１の節点線に直交する。従って、視覚的に、図１２は、ピークの少なくとも７５％の加速度が、表面汚染物質を取り除くか又は消散するために充分であり得る、かなりの量の範囲エリアを表す。実際、この好ましい実施例に関連して、レンズカバー１２の全エリアの６０％が、ピーク加速度の少なくとも７５％に達することが予期される。更に、代替の結果が、適用されるモードの数及び／又はタイプを変えることによって達成され得る。実際に、より多くのモードが方法２０の適用に含まれるにつれて、及び所与の加速閾値（例えば、上述の例に対して加速度ピークの７５％）に対し、より多くのモードが付加されるにつれて、エリア範囲は増大し続ける。従って、トランスデューサ１２は、モード（２，１）形状を達成するための電圧を受け取り得、図１３は、これを上面図表示において図示する。モード（２，１）形状は、２つの節点線ＤＬ３及びＤＬ４、及び単一の外周節点円を有する。２つの節点線ＤＬ３及びＤＬ４があるので、４つの個別の発振領域ＯＲ５、ＯＲ６、ＯＲ７、及びＯＲが生じ、従って、ＴＬＭを４つに増大させ、方法２０における更に別のモードとして図１３のモードを付加することなどにより、これらの領域が上述のモードによりカバーされる領域に付加され得る。従って、図１４は、領域ＲＮ２を備えるレンズカバー１２のカバーマップを図示し、これは、この場合もレンズカバー表面の加速度がそのピーク値の少なくとも７５％に達するエリアを表し、ここで、上述した、図１２における加速エリア範囲によって図示される例の上及び上方に、第４の工程２６振動パターンとしてモード（２，１）が付加される。図１４を図１２と比較することにより、付加的なモード（２，１）で面積範囲が増大されるとの確認が得られ得る。また、中央エリア（ここでは、図１２に示すようにピーク加速度が達成されない）が、図１４において著しく低減される。
【００４６】
上記の本明細書の記載を考慮して、好ましい実施例は、レンズカバー１２にわたる変化する加速度面積範囲を達成するために、モード形状の多数の代替のシーケンスを提供する。例えば、下記表１は、一つの装置において達成され得るものの推定である経験的数を列挙し、ここで、全てのモード形状にわたる最大振幅は等しい。
2019526960.tif 000003
【００４７】
表１は、ピーク加速度のパーセンテージに達するか又は超える加速度を経験する薄膜ＭＥＭの全エリアのパーセンテージを列挙する。例えば、表１の第１行に従って、トランスデューサ１４により適用される一つまたは複数のモードに応答してレンズカバー１２（即ち、薄膜ＭＥＭ）中のどこかでピーク加速度が生じ、好ましい実施例が、（例えば、方法２０における工程２６の唯一の出現により）表の第２コラムに示すようにモード（０，１）形状のみを適用する場合、レンズカバー１２のエリアの４６％が、そのピークの少なくとも２５％まで加速される。しかし、表１の第１行の第３コラムに示すように、面積範囲が、各々、２つの直交するモード（０，１）形状（図９及び１０参照）のそれぞれの一方に適用するための２つの付加的な工程２６出現を付加することにより著しく増大され、この場合、エリアの大半を超える、即ち、レンズカバー１２のエリアの７７％が、そのピークの少なくとも２５％まで加速される。
【００４８】
更に、表１の第１行の第４コラムに示すように、（０，１）及び２つの直交するモード（０，１）形状に加えて、モード（２，１）形状を適用するための付加的な工程２６出現を付加することによって、面積範囲が更にいっそう増大され、この場合、レンズカバー１２のエリアの８４％が、そのピークの少なくとも２５％まで加速される。表１の残りの例は容易に理解されるはずである。第３及び第４コラムの各例において、レンズカバー１２のエリアの２分の１以上が、示されたピーク閾値に達するか又は超える。また、他の組み合わせ及び数のモード形状が、好ましい実施例に従って容易に実装され得る。
【００４９】
図１５は、好ましい実施例に従ったセグメント化されたトランスデューサ１４の導体を駆動するために用いられ得るドライバアーキテクチャ４０の電気的ブロック図を図示する。アーキテクチャ４０は、基準（例えば、接地）と単一増幅器４４への入力との間に接続される発振波（例えば、正弦波）源４２を含む。増幅器４４の出力は、数ＮＳのクロスバースイッチＣＳ１〜ＣＳＮＳに接続される。各クロスバースイッチＣＳＸは、増幅器４４の発振出力に接続される入力ＩＮＸ、及び接地に接続される反転入力ＩＮＶＸを有する。また、各クロスバースイッチＣＳＸは、図６に関連して上述したようにそれぞれの内側電極に接続するための第１の出力ＳＩＥＸ、及び図６に関連して上述したように外側のそれぞれの電極に接続するための第２の出力ＳＯＥＸを有する。
【００５０】
オペレーションにおいて、各クロスバースイッチＣＳＸは、それぞれの制御信号ＣＬＸに応答して、（ａ）その発振信号入力ＩＮＸをそのＳＩＥＸ出力に渡す一方で、接地をその反転入力ＩＮＶＸからそのＳＯＥＸ出力まで接続する、又は（ｂ）接地信号をその反転入力ＩＮＶＸからそのＳＩＥＸ出力までクロス結合する一方で、その入力ＩＮＸをそのＳＯＥＸ出力に直に接続する、又は（ｃ）その入力ＩＮＸ及びＩＮＶＸがいずれの出力にも渡されない高インピーダンス状態を呈する、のいずれかを実施するように動作し得る。従って、例えば、４つのセグメントトランスデューサを備えるモード（２，１）形状を励起するために、そのモード形状を実現するための適切な制御入力を列挙する下記表２に関して、４つのクロスバースイッチが必要とされ得る。
2019526960.tif 000004
【００５１】
表２において、「Ｐ」の制御入力は直接パススルーを示し、「Ｘ」の制御入力はクロスバーオペレーションを示し、そのため入力が切り替えられる。そのため、表２は、セグメントＳ１及びＳ３への相対するセグメントに同じ位相正弦波を提供し、セグメントＳ２及びＳ４に接地が印加され、それにより、モード（２，１）形状を達成するように定常波が送られる。他の例も存在する。
【００５２】
図１６は、車両Ｖに関連して多数のロケーションにおいて実装されるシステム１０を備える好ましい実施例車両Ｖを図示する。例えば、前方カメラが、車両Ｖの前面ガラスＷの裏に位置してシステム１０の一部として設置され得る。別の例として、それぞれの後方カメラが、実際のサイドミラーに加えて又は実際のサイドミラーの代わりに、車両サイドミラーロケーションＳＭＲの各々においてシステム１０の一部として設置され得る。最後の例として、別の後方カメラが、バックアップ技術を用いてアシストするように、車両Ｖの近く又は後部に設置され得る。各システム１０は、ボンネットの下又は車両の内部に位置する、コントローラ、マイクロコントローラ、又は同様のものなどのプロセッサＰと通信し、このような通信は、車両ネットワークシステムを含む何らのタイプの導体により接続され得る。任意の事象において、各システム１０が、種々のタイプの処理及び／又はディスプレイに対して、光信号を画像として捕捉するように動作し得る。また、上述したように、各このようなカメラはレンズ構造（例えば、レンズ、レンズカバー）を有し、レンズ構造の表面上の任意の汚染物質を低減するように方法２０に従って動作し得るトランスデューサがそれに関連付けられる。
【００５３】
従って、好ましい実施例が、スタンドアロンのユニットとして又は一層大きな好ましい実施例システム（例えば、車両）の一部として、超音波レンズ構造クリーナー及びアーキテクチャ方法を提供するように示されている。このような好ましい実施例は多数の利点を提供する。例えば、高トラバース振幅でレンズ構造表面の一層大きな振動範囲が達成される。別の例として、レンズ構造表面の一層大きな加速度範囲が達成される。更に別の例として、乾燥した材料のクラックを促進するために、歪みが、軸状方向のみではなく、複数の方向でつくられ得る。更に特定して言えば、高トラバース加速度（表面に直交する）に加えて、横方向歪みがつくられ得、これは、乾燥した汚染物質をクラックさせるために重要であり得る。そのため、放射状方向及び接線方向両方に歪みがレンズ表面にかけられ得る。そのため、モード形状の円形の性質に起因して、歪みは、接線方向ではなく放射状にのみ印加されるが、好ましい実施例は、歪みを接線方向にも印加し得、そのため汚染物質が更に一層効率的に取り除かれ得る。具体的には、非対称モード（例えば、モード（１，１）形状）は、両方向に歪みを印加し得、より効果的なクラックとなる。更に別の利点として、単一の増幅器のみを必要とするシンプルなドライバ回路がシステム１０を駆動し得る。また、好ましい実施例は、振動又は共振周波数マッチングの問題なしに実装される。
【００５４】
本発明の特許請求の範囲内で、説明した例示の実施例に改変が成され得、他の実施例が可能である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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